(57)【要約】【課題】改質領域を形成することによるノイズの発生を抑制すると共に、クロストークの抑制効果を向上させることが可能な裏面入射型フォトダイオードアレイを提供する。【解決手段】フォトダイオードアレイ１は、互いに対向する表面３ａ及び裏面３ｂを有するｎ型の半導体基板３と、半導体基板３の裏面３ｂ側に並んで配置されていると共に、それぞれが半導体基板３とのｐｎ接合１１によりフォトダイオード１３を構成する複数のｐ型半導体領域５と、裏面３ｂ側において、隣接するｐ型半導体領域５間に配置されていると共に、半導体基板３よりも不純物濃度が高く設定されているｎ型半導体領域７と、を備え、半導体基板３には、表面３ａとｎ型半導体領域７との間の所定位置に集光点を合わせてレーザ光を照射することによって、表面３ａに達すると共に、ｎ型半導体領域７に達することなく改質領域５０が形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する第１の主面及び第２の主面を有する第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板の前記第２の主面側に並んで配置されていると共に、それぞれが前記半導体基板との接合によりフォトダイオードを構成する複数の第２導電型の半導体領域と、
前記第２の主面側において、隣接する前記第２導電型の半導体領域間に配置されていると共に、前記半導体基板よりも不純物濃度が高く設定されている第１導電型の半導体領域と、を備え、
前記半導体基板には、前記第１の主面と前記第１導電型の半導体領域との間の所定位置に集光点を合わせてレーザ光を照射することによって、前記第１の主面に達すると共に、前記第１導電型の半導体領域に達することなく改質領域が形成されていることを特徴とする裏面入射型フォトダイオードアレイ。
【請求項２】
前記半導体基板の前記第１の主面に接して配置されている被覆膜を備えており、
前記改質領域は、前記被覆膜の内部に達することなく形成されていることを特徴とする請求項１に記載の裏面入射型フォトダイオードアレイ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の裏面入射型フォトダイオードアレイと、
前記裏面入射型フォトダイオードアレイ上に配置されているシンチレータと、を備えていることを特徴とする放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、裏面入射型フォトダイオードアレイ及び放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトダイオードアレイとして、半導体基板の光入射面側に配置された複数のフォトダイオードと、半導体基板内部の隣接するフォトダイオード間に配置された改質領域とを備える表面入射型フォトダイオードアレイが知られている（例えば、特許文献１,２参照）。特許文献１,２に記載されたフォトダイオードアレイでは、隣接するフォトダイオード間の領域に沿って半導体基板にレーザ光を照射することによって改質領域が形成されている。これにより、光入射面側からの入射光によって発生して隣接するフォトダイオードへ拡散するキャリアが改質領域にトラップされることとなり、隣接するフォトダイオード間のクロストークが抑制されている。
【０００３】
また、絶縁性基板上に配置された複数の画素電極と、画素電極上に配置され、光の入射によりキャリアを生じる光吸収層と、光吸収層上に配置された障壁層と、隣接する画素電極間の領域に沿って障壁層内に形成された改質領域（ポテンシャルバリア領域）とを備える表面入射型フォトダイオードが知られている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３に記載されたフォトダイオードでは、隣接する画素電極間の領域に沿って障壁層内にレーザ光を照射することによって改質領域（ポテンシャルバリア領域）が形成されている。これにより、隣接する画素電極へ拡散するキャリアが改質領域（ポテンシャルバリア領域）で遮断されることとなり、隣接する画素電極間のクロストークが抑制されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１９４６５号公報
【特許文献２】特開昭６３−１２８６７７号公報
【特許文献３】特開平１０−７０３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述された特許文献に記載されたフォトダイオードアレイでは、改質領域をフォトダイオードのｐｎ接合から広がる空乏層に達して配置した場合には、改質領域と空乏層とが互いに干渉しあうことによりブレークダウンが生じることから、ノイズの発生を抑制することには限界があった。
【０００６】
また、近年、裏面入射型フォトダイオードアレイについて、入射光により半導体基板の内部の光入射面近傍において発生するキャリアが、隣接するフォトダイオードへ拡散することによって生じるクロストークを抑制することが求められている。
【０００７】
そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、改質領域を形成することによるノイズの発生を抑制すると共に、クロストークの抑制効果を向上させることが可能な裏面入射型フォトダイオードアレイ及び放射線検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するため、本発明に係る裏面入射型フォトダイオードアレイは、互いに対向する第１の主面及び第２の主面を有する第１導電型の半導体基板と、半導体基板の第２の主面側に並んで配置されていると共に、それぞれが半導体基板との接合によりフォトダイオードを構成する複数の第２導電型の半導体領域と、第２の主面側において、隣接する第２導電型の半導体領域間に配置されていると共に、半導体基板よりも不純物濃度が高く設定されている第１導電型の半導体領域と、を備え、半導体基板には、第１の主面と第１導電型の半導体領域との間の所定位置に集光点を合わせてレーザ光を照射することによって、第１の主面に達すると共に、第１導電型の半導体領域に達することなく改質領域が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る裏面入射型フォトダイオードアレイでは、第１導電型の半導体領域に達することなく改質領域が形成されている。これにより、改質領域と空乏層とが互いに干渉し難く、改質領域を形成することによるノイズの発生を抑制することが可能である。また、本発明に係る裏面入射型フォトダイオードアレイでは、改質領域が第１の主面に達して形成されている。これにより、入射光によって半導体基板の第１の主面近傍で発生するキャリアが改質領域にトラップされ、再結合することにより消滅することとなる。したがって、発生したキャリアが隣接するフォトダイオードへ拡散することが妨げられるため、クロストークの抑制効果を向上させることが可能である。
【００１０】
また、半導体基板の第１の主面に接して配置されている被覆膜を備えており、改質領域は、被覆膜の内部に達することなく形成されていることが好ましい。この場合、被覆膜が半導体基板の第１の主面に接して配置されているので、半導体基板が被覆膜によって補強される。これにより、半導体基板の機械強度が向上する。
【００１１】
ところで、改質領域が被覆膜の内部に達して形成されていると、被覆膜の機械強度が減少してしまい、半導体基板の機械強度を向上させる効果が減少してしまう。しかしながら、改質領域が被覆膜の内部に達することなく形成されていると、被覆膜の機械強度の減少が抑制されるため、被覆膜による半導体基板の機械強度の向上効果を維持することができる。
【００１２】
また、本発明に係る放射線検出器は、上記本発明に係る裏面入射型フォトダイオードアレイと、裏面入射型フォトダイオードアレイ上に配置されているシンチレータと、を備えていることを特徴とする。これにより、本発明に係る放射線検出器では、上記本発明に係るフォトダイオードアレイを用いていることから、改質領域を形成することによるノイズの発生を抑制すると共に、クロストークの抑制効果を向上させることが可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、改質領域を形成することによるノイズの発生を抑制すると共に、クロストークの抑制効果を向上させることが可能な裏面入射型フォトダイオードアレイ及び放射線検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る裏面入射型フォトダイオードアレイの一部を示す平面図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構成を示す模式図である。
【図３】本実施形態に係る裏面入射型フォトダイオードアレイの製造方法を説明するための断面構成を示す模式図である。
【図４】本実施形態に係る裏面入射型フォトダイオードアレイの製造方法を説明するための断面構成を示す模式図である。
【図５】本実施形態に係る裏面入射型フォトダイオードアレイの製造方法の変形例を説明するための断面構成を示す模式図である。
【図６】本実施形態に係る放射線検出器の断面構成を示す模式図である。
【図７】本実施形態に係る放射線検出器の製造方法を説明するための断面構成を示す模式図である。
【図８】本実施形態に係る放射線検出器の変形例の断面構成を示す模式図である。
【図９】本実施形態に係る放射線検出器の製造方法の変形例を説明するための断面構成を示す模式図である。
【図１０】本実施形態に係る放射線検出器の製造方法の変形例を説明するための断面構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１６】
［裏面入射型フォトダイオードアレイ］
図１及び図２を参照して、本実施形態に係る裏面入射型フォトダイオードアレイ１の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る裏面入射型フォトダイオードアレイ１を示す平面図である。図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構成を示す模式図である。
【００１７】
裏面入射型のフォトダイオードアレイ１は、図１及び図２に示すように、ｎ型（第１導電型）の半導体基板３と、ｐ型（第２導電型）半導体領域５と、ｎ型（第１導電型）半導体領域７と、絶縁膜（被覆膜）４３とを備えている。以下の説明においては、半導体基板３における光Ｌ１の入射面を表面（第１の主面）３ａとし、その反対側の信号出力面を裏面（第２の主面）３ｂとしている。また、「表面３ａ」とは、半導体基板３の光入射面上に配置された領域（層）と、半導体基板３との界面を意味するものとする。例えば、本実施形態において「表面３ａ」とは、半導体基板３と、絶縁膜４３との界面を意味している。
【００１８】
半導体基板３は、例えばシリコン（Ｓｉ）からなり、その厚さが例えば１５０μｍの正方形状の基板である。半導体基板３は、不純物（例えば、リン）を含み、その濃度は例えば５×１０１２／ｃｍ３である。半導体基板３は、内部に後述する改質領域５０を有している。
【００１９】
ｐ型半導体領域５は、半導体基板３の裏面３ｂ側において、例えば２次元のマトリクス状に互いに離隔して複数配置されている。各ｐ型半導体領域５は、例えばＳｉにより正方形状に形成されており、その厚さは例えば０．５５μｍである。各ｐ型半導体領域５は、不純物（例えば、ボロン）を含み、その濃度は例えば１×１０１９／ｃｍ３である。各ｐ型半導体領域５は、半導体基板３とのｐｎ接合１１により構成されたフォトダイオード１３を含む画素部である。ｐｎ接合１１は、半導体基板３に空乏層が広がることによりフォトダイオード１３の光感応領域として機能する。
【００２０】
ｎ型半導体領域７は、半導体基板３の裏面３ｂ側における隣接するｐ型半導体領域５間の領域において、各ｐ型半導体領域５と離隔して、各ｐ型半導体領域５を囲むように配置されている。ｎ型半導体領域７は、例えばＳｉからなり、その厚さは例えば１．５μｍである。ｎ型半導体領域７は、不純物（例えば、リン）を含み、半導体基板３よりも不純物濃度が高く（例えば、１×１０１８／ｃｍ３）設定されている。
【００２１】
半導体基板３の裏面３ｂ上の略全面には、例えば周知のＣＶＤ法、蒸着法、スパッタ法、熱酸化法により絶縁膜２１が形成されている。絶縁膜２１は、例えばＳｉＯ２（酸化膜）やＳｉＮ（窒化膜）からなり、複数のコンタクトホール２３が設けられている。半導体基板３の裏面３ｂに垂直な方向から見て各ｐ型半導体領域５及びｎ型半導体領域７のそれぞれが配置された位置の絶縁膜２１上には、電極膜２５が配置されている。電極膜２５は、金属材料（例えば、Ａｌ）からなり、コンタクトホール２３を塞ぐように配置され、ｐ型半導体領域５又はｎ型半導体領域７に電気的に接続されている。
【００２２】
電極膜２５上には、例えばＮｉ、Ａｕを順次メッキすることにより、電極パッド２９が形成されている。電極パッド２９が形成された部分を除く電極膜２５上と、隣接する電極膜２５間の領域とを覆うように層間絶縁膜２７が配置されている。層間絶縁膜２７は、ポリイミド等の絶縁性樹脂により形成されることにより、隣接する電極膜２５が電気的に互いに接続されることを抑制している。
【００２３】
半導体基板３の裏面３ｂに垂直な方向から見て各ｐ型半導体領域５の略中央における電極パッド２９上には、バンプ電極３１が配置されている。半導体基板３の裏面３ｂに垂直な方向から見て隣接する４つのｐ型半導体領域５間の領域の略中央における電極パッド２９上には、バンプ電極３３が配置されている。バンプ電極３１，３３は、後述する配線基板８１に物理的及び電気的に接続される。バンプ電極３１，３３は、金属材料（例えば、はんだ）からなり、例えばはんだペーストのスクリーン印刷法により形成されている。
【００２４】
半導体基板３の表面３ａ側の略全面には、アキュムレーション領域４１が配置されている。アキュムレーション領域４１は、例えばＳｉからなり、その厚さは例えば１．０μｍである。アキュムレーション領域４１は、不純物（例えば、リン）を含むｎ型の半導体領域であり、その濃度は例えば１×１０１５／ｃｍ３である。
【００２５】
絶縁膜４３は、半導体基板３の表面３ａに接して、アキュムレーション領域４１上の略全面に形成されている。絶縁膜４３の半導体基板３側と反対側の表面４３ａは、フォトダイオードアレイ１の光入射面を構成している。絶縁膜４３は、例えばＳｉＯ２（酸化膜）やＳｉＮ（窒化膜）からなり、その厚さが例えば０．１μｍである。絶縁膜４３は、表面３ａの保護膜として、例えば周知のＣＶＤ法、蒸着法、スパッタ法、熱酸化法により形成されている。絶縁膜４３は、後述する改質領域５０が配置されている位置に対応する半導体基板３の表面３ａ上の部分と、改質領域５０が配置されていない位置に対応する半導体基板３の表面３ａ上の部分とを含んでいる。
【００２６】
次に、改質領域５０について説明する。改質領域５０は、隣接するｐ型半導体領域５間の領域において、半導体基板３内における表面３ａから所定の深さ（半導体基板３の厚み方向における表面３ａ側の領域１０〜６０％が好ましく、１０〜４５％がより好ましく、１０〜３０％が更に好ましい。）にかけて、それぞれ配置されている。改質領域５０は、例えば半導体基板３における表面３ａ側の略半分の領域において、ｎ型半導体領域７に達することなく配置されている。更には、改質領域５０は、隣接する二つのｐ型半導体領域５のｐｎ接合１１からそれぞれ広がることにより一体に形成されている空乏層に達することなく配置されている。
【００２７】
改質領域５０は、隣接するｐ型半導体領域５間の領域において、ｐ型半導体領域５の配置方向に交差する方向に延びる連続的な直線状部分として形成されている。改質領域５０は、絶縁膜４３の表面４３ａに垂直な方向から見て隣接する４つのｐ型半導体領域５に囲まれる領域において直線状部分同士が互いに交差し、格子状に形成されている。各直線状部分は、半導体基板３の各側面まで延びている。各直線状部分は、半導体基板３の側面と略平行な長手方向及び当該長手方向に直交する短手方向を有する部分が複数連なって形成されている。
【００２８】
改質領域５０の直線状部分を長手方向に垂直な平面で切断した断面は、半導体基板３の厚み方向に長軸を有する楕円状を呈していると共に、短軸方向の幅が例えば３〜４μｍに形成されている。各改質領域５０は、後述するように半導体基板３の内部に集光点Ｆを合わせてレーザ光Ｌａを照射することにより、例えば多光子吸収によってレーザ光Ｌａが照射された領域全体に形成されている。なお、集光点Ｆとはレーザ光Ｌａが集光した箇所のことである。
【００２９】
以上の構成を有するフォトダイオードアレイ１は、次の動作を行う。フォトダイオードアレイ１の表面３ａ側から光Ｌ１が入射すると、光Ｌ１は絶縁膜４３を透過し、半導体基板３、ｐ型半導体領域５及びｎ型半導体領域７に達する。そして、光Ｌ１の各波長成分によって発生したキャリアが、半導体基板３、ｐ型半導体領域５及びｎ型半導体領域７の内部における電界に従ってドリフトし、電界の無い場合は拡散する。
【００３０】
光Ｌ１の各波長成分によって半導体基板３の表面３ａから浅い位置で発生したキャリアは、隣接するｐ型半導体領域５間にドリフト又は拡散した場合には、改質領域５０にトラップされ、再結合することにより消滅する。改質領域５０にトラップされず、ｐｎ接合１１に達したキャリアは、バンプ電極３１,３３から光電流として外部に取り出される。この光電流により、各フォトダイオード１３は、光Ｌ１の光波長成分に応じた電気信号をそれぞれ出力することとなる。
【００３１】
次に、図３及び図４を用いて、上述したフォトダイオードアレイ１の製造方法について説明する。図３及び図４は、本実施形態に係る裏面入射型フォトダイオードアレイの製造工程を説明するための断面構成を示す模式図である。
【００３２】
まず、改質領域５０及びバンプ電極３１，３３が形成されていないことを除き、図２に示すフォトダイオードアレイ１と同様の構成を有する構成単位がマトリクス状に連なった加工対象物６１を準備する。そして、図３（ａ）に示すように、加工対象物６１にダイシングテープ（保持部材）６３を貼り付ける。
【００３３】
次に、レーザ光Ｌａを多光子吸収が生じる条件に設定し、図３（ｂ）に示すように、半導体基板３の内部における隣接するｐ型半導体領域５間の領域の所定の深さ位置に対し、絶縁膜４３の表面４３ａ側より集光点Ｆを合わせてレーザ光Ｌａを照射する。改質領域５０は、集光点Ｆより半導体基板３の表面３ａ方向に向かって拡がることにより、断面が半導体基板３の厚み方向に長軸を有する楕円状を呈して形成される。なお、改質領域５０の深さ位置は、例えば半導体基板３とレーザ光Ｌａを照射する光学系の相対的な位置関係を調節して、半導体基板３の厚み方向へ集光点Ｆを半導体基板３に対して相対移動させることにより調節することができる。このとき、改質領域５０は、半導体基板３の表面３ａに達すると共に、ｎ型半導体領域７に達することなく形成される。
【００３４】
ここで、多光子吸収について簡単に説明する。光子のエネルギーｈνが、材料の吸収のバンドギャップＥＧよりも小さい場合、光学的に透明となる。よって、ｈν＞ＥＧである場合には、材料に吸収が生じる。しかし、光学的に透明であっても、レーザ光の強度を非常に大きくした場合には、ｎｈν＞ＥＧの条件（ｎ＝２，３，４，・・・）において材料に吸収が生じる。この現象を多光子吸収という。パルス波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点のピークパワー密度（Ｗ／ｃｍ２）で決まり、例えばピークパワー密度が１×１０８（Ｗ／ｃｍ２）以上の条件で多光子吸収が生じる。ピークパワー密度は、（集光点におけるレーザ光の１パルス当たりのエネルギー）÷（レーザ光のビームスポット断面積×パルス幅）により求められる。また、連続波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点の電界強度（Ｗ／ｃｍ２）で決まる。
【００３５】
本実施形態に係るレーザ加工では、半導体基板３がレーザ光Ｌａを吸収することにより、半導体基板３を発熱させて改質領域５０を形成するのではない。半導体基板３にレーザ光Ｌａを透過させ半導体基板３の内部に多光子吸収を発生させて改質領域５０を形成している。
【００３６】
本実施形態において多光子吸収により形成される改質領域５０の一つの例として、溶融処理領域がある。
【００３７】
この場合には、レーザ光Ｌａを半導体基板３の内部に集光点Ｆを合わせて、集光点Ｆにおける電界強度が１×１０８（Ｗ／ｃｍ２）以上でかつパルス幅が１μｓ以下の条件で照射する。これにより、半導体基板３の内部は多光子吸収によって局所的に加熱される。この加熱により、半導体基板３の内部に溶融処理領域が形成される。
【００３８】
溶融処理領域とは一旦溶融後再固化した領域、溶融状態中の領域及び溶融から再固化する状態中の領域のうち少なくともいずれか一つを意味する。溶融処理領域は、相変化した領域や結晶構造が変化した領域ということもできる。溶融処理領域は、単結晶構造、非晶質構造又は多結晶構造において、ある構造が別の構造に変化した領域ということもできる。つまり、例えば、単結晶構造から非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に変化した領域、単結晶構造から非晶質構造及び多結晶構造を含む構造に変化した領域を意味する。半導体基板３がシリコン単結晶構造の場合、溶融処理領域は例えば非晶質シリコン構造である。なお、電界強度の上限値としては、例えば１×１０１２（Ｗ／ｃｍ２）である。パルス幅は例えば１〜２００ｎｓが好ましい。
【００３９】
次に、形成予定ライン（図示せず）に沿って、集光点Ｆを半導体基板３に対して相対移動させることにより、連続した直線状の改質領域５０を形成する。なお、形成予定ラインは、直線状に延びた仮想線であり、改質領域５０の形成位置に対応するように、例えば半導体基板３の表面３ａ側の隣接するｐ型半導体領域５間の領域に沿って配置されている。そして、同様に他の形成予定ラインに沿って集光点Ｆを半導体基板３に対し相対移動させることにより、それぞれの隣接するｐ型半導体領域５間の領域に改質領域５０を形成する。以上により、改質領域５０が配置された加工対象物６５が得られる。
【００４０】
次に、図３（ｃ）に示すように、半導体基板３の切断位置に集光点Ｆを合わせてレーザ光Ｌａを照射する。そして、半導体基板３の厚み方向に集光点Ｆを半導体基板３に対して相対移動させると共に、切断予定ライン（図示せず）に沿って集光点Ｆを半導体基板３に対して相対移動させ、半導体基板３の内部に溶融処理領域を半導体基板３の裏面３ｂ及び絶縁膜４３の表面４３ａに達するように形成する。なお、切断予定ラインは、直線状に延びた仮想線であり、切断位置に対応するように、例えば半導体基板３の表面３ａ側に配置されている。
【００４１】
そして、ダイシングテープ６３及び加工対象物６５を除電しながら、ダイシングテープ６３を拡張させる。これにより、ダイシングテープ６３が拡張された状態にあるため、図４（ａ）に示すように、溶融処理領域を切断の起点として加工対象物６５が切断予定ラインに沿って切断され、複数の加工対象物６５ａが得られる。
【００４２】
次に、各加工対象物６５ａにＵＶ照射してダイシングテープ６３を剥離した後、図４（ｂ）に示すように、得られた複数の加工対象物６５ａの１つを取り出す。そして、図４（ｃ）に示すように、例えばはんだペーストのスクリーン印刷法によって所定の位置にバンプ電極３１，３３を形成することにより、フォトダイオードアレイ１が得られる。
【００４３】
以上のように、本実施形態に係るフォトダイオードアレイ１では、ｎ型半導体領域７に達することなく改質領域５０が形成されていることから、改質領域５０とｐｎ接合１１から広がる空乏層とが互いに干渉し難く、改質領域５０を形成することによるノイズの発生を抑制することが可能である。更に、改質領域５０とｐｎ接合１１から広がる空乏層との干渉が抑制されていることから、改質領域５０の形成におけるレーザ光Ｌａの照射精度を緩和することや、改質領域５０の形状の自由度を向上させることが可能である。
【００４４】
特に、改質領域５０を、半導体基板３の内部に表面３ａから半導体基板３の厚みに対して１０〜３０％の深さにかけて形成した場合には、ｐｎ接合１１と、改質領域５０との距離を大きくとることができる。したがって、レーザ光Ｌａの照射精度を更に緩和することや、改質領域５０の形状の自由度を更に向上させることが可能である。
【００４５】
また、本実施形態に係るフォトダイオードアレイ１では、改質領域５０が表面３ａに達して形成されている。これにより、光Ｌ１によって半導体基板３の表面３ａ近傍で発生するキャリアが改質領域５０にトラップされ、再結合することにより消滅することとなる。したがって、発生したキャリアが隣接するフォトダイオード１３へ拡散することが妨げられるため、クロストークの抑制効果を向上させることが可能である。
【００４６】
以上、本発明の裏面入射型フォトダイオードアレイの好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【００４７】
例えば、改質領域５０は、数、形状、半導体基板３の表面３ａからの深さ、断面の短軸方向の幅は、上述した実施形態に限定されるものではない。改質領域５０は、絶縁膜４３の表面４３ａに達している構成としてもよく、半導体基板３の表面３ａに達しているが、絶縁膜４３の内部には達していない構成としてもよい。この場合、絶縁膜４３が半導体基板３の表面３ａに接して配置されているので、半導体基板３が絶縁膜４３によって補強される。これにより、半導体基板３の機械強度が向上する。
【００４８】
ところで、改質領域５０が絶縁膜４３の内部に達して形成されていると、絶縁膜４３の機械強度が減少してしまい、半導体基板３の機械強度を向上させる効果が減少してしまう。しかしながら、改質領域５０が絶縁膜４３の内部に達することなく形成されていると、絶縁膜４３の機械強度の減少が抑制されるため、絶縁膜４３による半導体基板３の機械強度の向上効果を維持することができる。
【００４９】
また、改質領域５０を断面の短軸方向の幅を上記本実施形態よりも広く（例えば６〜７μｍ）した場合には、半導体基板３に外力が加わった際における改質領域５０に負荷される応力が局所的に集中することなく分散されることから、半導体基板３の機械強度の低下を抑制することができる。
【００５０】
また、改質領域５０は、隣接するｐ型半導体領域５間の領域において、隣接するｐ型半導体領域５の配置方向に交差する方向に延びて１つ形成されていることに限定されるものではなく、ｐ型半導体領域５の配置方向に離隔して２つ以上形成されていてもよい。２つ以上の改質領域５０は、半導体基板３の表面３ａからのそれぞれの深さ位置が互いに等しくても、異なっていてもよい。この場合においても、半導体基板３に外力が加わった際における改質領域５０に負荷される応力が分散されることから、半導体基板３の機械強度の低下を更に抑制することができる。
【００５１】
改質領域５０は、断面が楕円状の直線状部分のみにより形成されていることに限定されるものではない。改質領域５０は、上記直線状部分から半導体基板３の厚み方向に延びる線状部分を含んでいてもよい。また、改質領域５０は、多光子吸収以外によって改質されて形成されていてもよい。
【００５２】
改質領域５０は、隣接するｐ型半導体領域５間の領域に沿って半導体基板３の各側面まで延びていることに限定されるものではない。改質領域５０は、複数のｐ型半導体領域５が配置される領域内にのみ形成され、当該領域を囲むと共にその外縁が半導体基板３の外縁をなす領域に形成されていなくてもよい。また、改質領域５０は、半導体基板３の外縁をなす領域に、ｐ型半導体領域５の配置方向に沿って形成されていてもよい。
【００５３】
改質領域５０は、直線状部分が互いに交差して格子状に形成されていることに限定されるものではない。例えば、改質領域５０は、隣接するｐ型半導体領域５間の領域に形成され、半導体基板３の表面３ａに垂直な方向から見て隣接する４つのｐ型半導体領域５に囲まれた領域に形成されていなくてもよい。改質領域５０は、４つのｐ型半導体領域５に囲まれた領域では、略中央にのみ形成されていてもよく、隣接するｐ型半導体領域５間から伸びる直線状部分が交差することなく形成されていてもよい。
【００５４】
改質領域５０は、連続的な直線状に形成されることに限定されるものではなく、断続的な直線状であってもよい。例えば、改質領域５０は、長手方向及び当該長手方向に直交する短手方向を有する部分が、その長手方向を同一方向へ向けて互いに離れて複数並ぶことにより、断続的な直線状に形成されていてもよい。また、改質領域５０は、互いに略平行に形成された断続的な２本の直線において、直線を構成する上記部分が互いに対向することなく交互に配置されていてもよい。
【００５５】
また、半導体基板３、ｐ型半導体領域５及びｎ型半導体領域７の数、材料、形状、厚さ、不純物濃度及び不純物の種類は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、ｐ型半導体領域５は、２次元のマトリクス状に配置されることに限定されるものではなく、１次元に複数並んで配置されていてもよい。半導体基板３、ｐ型半導体領域５及びｎ型半導体領域７は、上述した実施形態とは逆の導電型となる不純物を含んでいてもよい。半導体基板３は、Ｓｉによって形成されていることに限定されるものではなく、例えば半導体基板３とｐ型半導体領域５とが同一又は異なる化合物半導体（例えば、ＧａＡｓ又はＧａＳｂ等）によって形成されていてもよい。
【００５６】
また、フォトダイオードアレイ１の製造方法は、レーザ加工により溶融処理領域を形成して加工対象物６５を切断することに限定されるものではなく、ブレードを用いて加工対象物６５を切断してもよい。この場合、図３（ｂ）に示す加工対象物６５にＵＶ照射して、図５（ａ）に示すように、ダイシングテープ６３を剥離する。次に、切断予定ラインを半導体基板３の裏面３ｂ側に転写した後、図５（ｂ）に示すように、絶縁膜４３の表面４３ａにダイシングテープ６３を貼り付ける。そして、図５（ｃ）に示すように、切断予定ラインに沿って、ブレード６７により加工対象物６５を切断する。更に、イオンエアー洗浄装置や吸引装置を用いて、塵等を吸引して洗浄することにより、図４（ａ）と同様の複数の加工対象物６５ａが得られる。
【００５７】
［放射線検出器］
図６を参照して、本実施形態に係る放射線検出器の構成について説明する。図６は、本実施形態に係る放射線検出器の断面構成を示す模式図である。
【００５８】
放射線検出器１００は、図６に示すように、上記のフォトダイオードアレイ１と、バリア層７１と、シンチレータ７３と、配線基板８１とを備えている。
【００５９】
バリア層７１は、絶縁膜４３の表面４３ａ上に配置されており、例えば、腐食防止（防湿）作用を有する。バリア層７１は、例えばポリイミド等からなる樹脂層であり、その厚さは例えば５μｍである。バリア層７１は、例えば樹脂材料を絶縁膜４３の表面４３ａにスピンコートにより塗布し、硬化することにより形成される。
【００６０】
シンチレータ７３は、バリア層７１上に配置されている。シンチレータ７３は、バリア層７１上に配置されたシンチレータ層７５と、シンチレータ層７５上に配置された耐湿保護膜７７とにより構成されている。
【００６１】
シンチレータ層７５は、入射した光（放射線）を所定波長の光に変換する柱状結晶が互いに接するように複数配置されて構成されている。シンチレータ層７５は、ＣｓＩ、ＣｓＢｒ等を常温〜１５０℃程度の抵抗加熱法によって、バリア層７１上に蒸着することにより形成されている。シンチレータ層７５は、厚さが例えば４００μｍである。
【００６２】
耐湿保護膜７７は、シンチレータ層７５が水分の吸収により劣化し特性が低下することを抑制している。耐湿保護膜７７の厚さは、例えば１０μｍである。耐湿保護膜７７は、Ｘ線透過性が高く、かつ、水蒸気，ガスの透過が極めて少ない、例えばポリパラキシリレン、ポリモノクロロパラキシリレン等のキシレン系樹脂からなり、ＣＶＤ法等により形成される。
【００６３】
配線基板８１は、例えばガラス基板が用いられ、互いに対向する信号入力面８１ａと信号出力面８１ｂとを有している。配線基板８１には、信号入力面８１ａから信号出力面８１ｂに達する貫通孔８１ｃが複数配置されている。貫通孔８１ｃは、バンプ電極３１，３３と同一のピッチで複数配置されている。各貫通孔８１ｃには、導電性部材８３が設けられている。導電性部材８３は、各貫通孔８１ｃの内壁に配置されて信号入力面８１ａと信号出力面８１ｂとの間を電気的に導通する導通部８３ｃと、信号入力面８１ａ上の各貫通孔８１ｃの外周部に配置された入力部８３ａと、信号出力面８１ｂ上の各貫通孔８１ｃの外周部に配置された出力部８３ｂとにより構成されている。
【００６４】
配線基板８１は、半導体基板３の裏面３ｂの上方に配置されており、入力部８３ａは、バンプ電極３１，３３と接続されている。各出力部８３ｂ上には、バンプ電極８５が配置されている。配線基板８１は、バンプ電極８５を介して、例えば後述する外部基板８７と接続される。
【００６５】
以上の構成を有する放射線検出器１００は、次の動作を行う。シンチレータ７３にＸ線等の光（放射線）Ｌ１が入射すると、光Ｌ１に応じた所定波長のシンチレーション光がシンチレータ層７５で発生し、シンチレーション光がフォトダイオードアレイ１へと入射する。
【００６６】
フォトダイオードアレイ１の表面３ａ側からシンチレーション光が入射すると、シンチレーション光はバリア層７１，絶縁膜４３を透過し、半導体基板３、ｐ型半導体領域５及びｎ型半導体領域７に達する。そして、シンチレーション光によって発生したキャリアが、半導体基板３、ｐ型半導体領域５及びｎ型半導体領域７の内部における電界に従って拡散する。
【００６７】
シンチレーション光によって半導体基板３の表面３ａから浅い位置で発生したキャリアは、隣接するｐ型半導体領域５間に拡散した場合には、改質領域５０にトラップされ、再結合することにより消滅する。改質領域５０にトラップされず、ｐｎ接合１１に達したキャリアは、バンプ電極３１,３３から光電流として外部に取り出される。この光電流により、各フォトダイオード１３は、光Ｌ１の光波長成分に応じた電気信号をそれぞれ出力することとなる。
【００６８】
次に、図７を用いて、放射線検出器１００の製造方法について説明する。図７は、本実施形態に係る放射線検出器の製造工程を説明するための断面構成を示す模式図である。
【００６９】
まず、上述した製造方法によりフォトダイオードアレイ１を製造する。次に、図６に示すような構成の配線基板８１を作製した後、フォトダイオードアレイ１に配線基板８１を例えばフリップチップ実装により接続する。フリップチップ実装においては、まず、バンプ電極３１,３３と入力部８３ａとが対向するようにフォトダイオードアレイ１と配線基板８１との位置合わせが行われる。この位置合わせの後、バンプ電極３１,３３と入力部８３ａとを互いに押し合わせ、熱圧着や超音波等によってバンプ結合する。これにより、図７（ａ）に示すように、配線基板８１がバンプ電極３１,３３を介してフォトダイオードアレイ１に接続される。
【００７０】
次に、例えばスピンコート法によって絶縁膜４３の表面４３ａ上にポリイミドを塗布し、硬化させることでバリア層７１を形成する。そして、例えば抵抗加熱法によってバリア層７１上にＣｓＩ,ＣｓＢｒ等を蒸着し、柱状結晶として成長させることによりシンチレータ層７５を形成する。更に、例えばＣＶＤ法によって、シンチレータ層７５を覆うように耐湿保護膜７７を形成する。以上により、バリア層７１上にシンチレータ７３が形成され、図７（ｂ）に示すように、放射線検出器１００が得られる。
【００７１】
なお、配線基板８１のバンプ電極８５により外部基板８７を更にフリップチップ実装し、図７（ｃ）に示すような構成の放射線検出器２００としてもよい。外部基板８７には、例えば、外部基板８７の内部に導電性部材が埋め込まれて形成された複数の内部配線８９ｂと、信号入力面上に露出した導電性部材の外周部に配置された入力部８９ａとが配置されている。入力部８９ａがバンプ電極８５と接続されることにより、配線基板８１と外部基板８７とが接続される。
【００７２】
以上のように、本実施形態に係る放射線検出器１００では、フォトダイオードアレイ１を用いていることから、改質領域５０を形成することによるノイズの発生を抑制すると共に、クロストークの抑制効果を向上させることが可能である。また、改質領域５０がｐｎ接合１１から広がる空乏層との干渉が抑制されていることから、改質領域５０の形成におけるレーザ光Ｌａの照射精度を緩和することや、改質領域５０の形状の自由度を向上させることが可能である。
【００７３】
また、本実施形態に係る放射線検出器１００では、フォトダイオードアレイ１における絶縁膜４３上にバリア層７１が配置されていることから、シンチレータ層７５から半導体基板３へのシンチレータ成分の拡散を抑制することが可能である。また、バリア層７１が絶縁膜４３を補強することにより、フォトダイオードアレイ１の機械強度を向上させることも可能である。更に、改質領域５０が露出している絶縁膜４３をバリア層７１が覆うことにより、シンチレータ７３を配置する面を平坦化することができる。これにより、柱状結晶を異常成長させることなくシンチレータ層７５の蒸着を行うことができる。
【００７４】
以上、本発明の放射線検出器の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【００７５】
シンチレータ７３としては、上述のようなフォトダイオードアレイ１に直接シンチレータ層７５を蒸着して配置するものに限定されるものではない。例えば放射線透過性の基板（例えば、アルミニウム、アモルファスカーボン、ＦＯＰ（ファイバオプティクプレート））に、常温〜１５０℃程度の抵抗加熱法によって、例えばＣｓＩ，ＣｓＢｒからなるシンチレータ層を形成したシンチレータを用いてもよい。この場合、放射線透過性の基板のシンチレータ層が配置されていない側の面と、上述のフォトダイオードアレイ１の半導体基板３の表面３ａ側とを透明（光透過）樹脂（例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂）により接着する。
【００７６】
シンチレータ７３は、絶縁膜４３の表面４３ａにシンチレータ層７５を直接蒸着して形成するものに限定されるものではない。例えば、放射線透過性の基板（例えば、アルミニウム、アモルファスカーボン、ＦＯＰ（ファイバオプティクプレート））に、常温〜１５０℃程度の抵抗加熱法によってＣｓＩ，ＣｓＢｒ等からなるシンチレータ層を形成したシンチレータを用いてもよい。この場合、放射線透過性の基板のシンチレータ層が配置されている面の反対側の面と、絶縁膜４３の表面４３ａとを透明（光透過）樹脂（例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂）により接着する。
【００７７】
また、シンチレータ７３として、パネル型シンチレータを用いてもよい。図８は、パネル型シンチレータを用いた放射線検出器の断面構成を示す模式図である。放射線検出器３００は、絶縁膜４３上に配置された透明（光透過）樹脂層７２と、透明樹脂層７２上に配置されたシンチレータパネル７３とを備えている。
【００７８】
透明樹脂層７２は、接着性を有する光学樹脂（例えば、ポリイミド）により形成されている。透明樹脂層７２は、絶縁膜４３とシンチレータパネル７３との間の間隙を埋めるように配置されている。これにより、シンチレータ７３内に光（放射線）が入射して所定波長のシンチレーション光が発生した場合に、シンチレーション光が絶縁膜４３とシンチレータパネル７３との間の間隙で反射することなくフォトダイオードアレイ１に入射する。
【００７９】
シンチレータパネル７３は、透明樹脂層７２上に配置されたシンチレータ層７５と、シンチレータ層７５を覆う耐湿保護膜７７とにより構成されている。シンチレータ層７５は、平板形状を呈している。シンチレータ層７５は、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：ＰｒやＧｄ２Ｏ２Ｓ：ＴｂといったＧＯＳ（硫酸化ガドリニウム）や、ＴｌをドープしたＣｓＩ、ＣｄＷＯ４（ＣＷＯ）等により形成されている。シンチレータ層７５は、半導体基板３の表面３ａに垂直な方向から見てｐ型半導体領域５全体が隠れるように、位置、形状及びサイズが設定されている。
【００８０】
耐湿保護膜７７は、ＰＥＴシートやＴｉＯ２を混練したエポキシ樹脂等により形成されており、遮光膜としても機能する。耐湿保護膜７７は、シンチレータ層７５の側面と光入射面とを覆っているものの、シンチレータ層７５の光出射面を覆っていないため、シンチレータ層７５で発生した光は、耐湿保護膜７７に遮光されることなくフォトダイオードアレイ１に入射する。
【００８１】
シンチレータ７３として、ＣｓＩ（Ｔｌ）（発光波長５５０ｎｍ）やＧＯＳ（５１２ｎｍ）を用いた場合、例えばＳｉからなる半導体基板３の表面３ａ近傍でキャリアが多く発生する。従って、改質領域５０が表面３ａに達して形成されている本願の構成は、クロストークを効率良く抑制する上で効果的である。
【００８２】
上記実施形態に係る放射線検出器の製造方法は、改質領域５０を形成した後に加工対象物６５を切断し、得られた加工対象物６５ａに配線基板８１を接続することに限定されるものではない。例えば、レーザ加工により半導体基板３に溶融処理領域を形成して切断した後に、改質領域５０を形成してもよい。すなわち、図３（ａ）と同様の加工対象物６１について、図９（ａ）に示すように、半導体基板３の内部にレーザ加工により溶融処理領域を形成する。そして、図９（ｂ）に示すように、ダイシングテープ６３を拡張させ加工対象物６１を切断予定ラインに沿って切断し、図９（ｃ）に示すような加工対象物６１ａを得る。なお、この場合、上述した手法と同様に加工対象物６１をブレードにより切断してもよい。
【００８３】
続いて、図１０（ａ）に示すように、はんだペーストのスクリーン印刷法により加工対象物６１ａの所定の位置にバンプ電極３１，３３を形成して加工対象物６１ｂを得る。次に、図１０（ｂ）に示すように、加工対象物６１ｂのバンプ電極３１,３３と配線基板８１の入力部８３ａとを接続する。そして、図１０（ｃ）に示すように、ダイシングテープ６３を配線基板８１の信号出力面８１ｂに貼り付けた後、半導体基板３の内部にレーザ加工を施すことにより改質領域５０を形成して、フォトダイオードアレイ１が配線基板８１に接続された構成とする。更に、ＵＶ照射してダイシングテープ６３を剥離した後、バリア層７１、シンチレータ７３及びバンプ電極８５を形成することにより、上記放射線検出器を得ることができる。
【符号の説明】
【００８４】
１…フォトダイオードアレイ、３…ｎ型（第１導電型）半導体基板、３ａ…表面（第１の主面）、３ｂ…裏面（第２の主面）、５…ｐ型（第２導電型）半導体領域、７…ｎ型（第１導電型）半導体領域、１１…ｐｎ接合、１３…フォトダイオード、４３…絶縁膜（被覆膜）、５０…改質領域、７３…シンチレータ、１００，２００，３００…放射線検出器、Ｆ…集光点、Ｌａ…レーザ光。
【図１】
2010165916.tif 000003
【図２】
2010165916.tif 000004
【図３】
2010165916.tif 000005
【図４】
2010165916.tif 000006
【図５】
2010165916.tif 000007
【図６】
2010165916.tif 000008
【図７】
2010165916.tif 000009
【図８】
2010165916.tif 000010
【図９】
2010165916.tif 000011
【図１０】
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